Nghiên cứu tổng hợp xúc tác quang hóa bi2moo6 ứng dụng xử lý chất màu hữu cơ trong môi trường nước bằng ánh sáng nhìn thấy

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NGUYỄN TẤT THÀNH
KHOA KỸ THUẬT THỰC PHẨM VÀ MƠI TRƯỜNG

KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP XÚC TÁC QUANG HÓA
Bi2MoO6 ỨNG DỤNG XỬ LÝ CHẤT MÀU HỮU CƠ
TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC BẰNG ÁNH SÁNG
NHÌN THẤY

Sinh viên thực hiện

: Nguyễn Thị Cẩm Như

Chuyên ngành

: Quản lý Tài nguyên và Môi trường

Tp.HCM, tháng 10 năm 2020


TRƯỜNG ĐẠI HỌC NGUYỄN TẤT THÀNH
KHOA KỸ THUẬT THỰC PHẨM VÀ MƠI TRƯỜNG


KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP XÚC TÁC QUANG HÓA
Bi2MoO6 ỨNG DỤNG XỬ LÝ CHẤT MÀU HỮU CƠ
TRONG MƠI TRƯỜNG NƯỚC BẰNG ÁNH SÁNG

NHÌN THẤY
Sinh viên thực hiện

: Nguyễn Thị Cẩm Như

Mã số sinh viên

: 1611538780

Lớp

: 16DTNMT1A

Chuyên ngành

: Quản lý Tài nguyên và Môi trường

Giảng viên hướng dẫn : TS. Nguyễn Duy Trinh

Tp.HCM, tháng 10 năm 2020


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NGUYỄN TẤT THÀNH

Cán bộ hướng dẫn: TS. Nguyễn Duy Trinh

Cán bộ chấm phản biện:

Khóa luận được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN ĐẠI HỌC TRƯỜNG

ĐẠI HỌC NGUYỄN TẤT THÀNH, ngày 5 tháng 10 năm 2020


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐH NGUYỄN TẤT THÀNH

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

KHOA KỸ THUẬT THỰC PHẨM & MÔI TRƯỜNG

Tp. Hồ Chí Minh, ngày ... tháng 10 năm 2020

BỘ MƠN: QUẢN LÝ TÀI NGUN VÀ MƠI TRƯỜNG

NHIỆM VỤ KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP
HỌ VÀ TÊN: NGUYỄN THI CẨM NHƯ
MSSV: 1611538780
NGÀNH: QUẢN LÝ TÀI NGUN VÀ MƠI TRƯỜNG LỚP: 16DTNMT1A
Tên Khóa luận:
Tiếng Việt: Nghiên cứu tổng hợp xúc tác quang hóa Bi2MoO6 ứng dụng xử lý chất màu hữu
cơ trong môi trường nước bằng ánh sáng nhìn thấy
Tiếng Anh: Research on biochemical catalytic synthesis Bi2MoO6 for application of organic
pigments treatment in water with visible light
Nhiệm vụ Khóa luận:
 Tổng hợp được chất xúc tác quang hóa xử lý chất màu hữu cơ trong mơi trường nước với
chi phí thấp, có hoạt tính cao, được tổng hợp đơn giản.
 Tổng hợp Bi2MoO6 bằng phương pháp thủy nhiệt. Đánh giá khả năng xúc tác quang hóa

của mẫu vật liệu Bi2MoO6 phản ứng phân hủy CV (Crystal Violet) sử dụng nguồn đèn ánh
sáng nhìn thấy.
 Đánh giá hoạt tính
Ngày giao Khóa luận: 03/07/2020
Ngày hồn thành nhiệm vụ: 05/10/2020
Họ tên cán bộ hướng dẫn: TS. Nguyễn Duy Trinh
Nội dung và yêu cầu KLTN đã được Hội Đồng chuyên ngành thông qua.
TP.HCM, ngày 5 tháng 10 năm 2020
TRƯỞNG BỘ MÔN
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

TS. NGUYỄN THÀNH NHO

TS. NGUYỄN DUY TRINH
TRƯỞNG KHOA

TS. TRẦN THỊ NHƯ TRANG


LỜI CẢM ƠN
Để có được bài báo cáo luận văn tốt nghiệp hoàn thành, em xin gửi lời cảm ơn chân
thành đến:
Các thầy cô trong khoa Kỹ Thuật Thực Phẩm và Môi Trường, đã truyền đạt các kiến
thức chuyên môn và kinh nghiệm ngành nghề của mình giúp em có kiến thức nền tảng để
hoàn thành bài luận văn này.
Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn TS. Nguyễn Duy Trinh, đã tận tình, trực tiếp hướng
dẫn, góp ý, chỉnh sửa cũng như tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp đỡ em trong suốt q trình
hồn thành luận văn tốt nghiệp và anh Nông Xuân Linh người đã hướng dẫn, hỗ trợ em
trong suốt q trình hồn thành luận văn.
Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình, người thân bạn bè, đã ln động viên, khích

lệ giúp em có tinh thần tốt để hồn thành luận văn.
Với kiến thức hiện có và thời gian thực hiện đề tài có hạn sẽ khơng thể tránh khỏi những
thiếu sót. Rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của q thầy cơ để giúp em hồn
thiện hơn bài báo cáo này.
Em xin chân thành cảm ơn!


TÓM TẮT LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

Ngày nay, với sự tiến bộ của khoa học và công nghệ, các ngành công nghiệp như cơng nghiệp
sơn, dệt, in, hố dầu...phát triển rất mạnh mẽ, đã tác động tích cực đến sự phát triển kinh tế xã hội.
Tuy nhiên, cùng với sự phát triển đó, chúng ta đang phải đối mặt với nguy cơ môi trường sống bị ô
nhiễm, các dịch bệnh bùng phát do sự phát thải của các khu công nghiệp, các nhà máy sản xuất hố
chất, phân bón, nhiệt điện, nhuộm, chế biến thực phẩm... gây ô nhiễm nguồn nước, đất đai và khơng
khí.
Bi2MoO6 là xúc tác quang hóa, đã được biết đến rộng rãi có thể phân hủy các chất màu hữu cơ
với hoạt tính cao, độ bền cao và thân thiện với môi trường. Đề tài nghiên cứu tổng hợp Bi2MoO6
bằng phương pháp thủy nhiệt. Mẫu Bi2MoO6 đã tổng hợp được sử dụng trong nghiên cứu đánh giá
hoạt tính quang xúc tác phân hủy chất màu Crystal Violet trong môi trường nước. Kết quả cho thấy
rằng Bi2MoO6 thu được vật liệu với hoạt tính quang xúc tác tốt. Và nghiên cứu này mở ra tiềm năng
ứng dụng lớn của Bi2MoO6 trong lĩnh vực xử lý chất màu hữu cơ trong nước gây ô nhiễm môi
trường. Tôi mong nghiên cứu này có thể góp một phần nào đó làm giảm thiểu sự ô nhiễm môi
trường hiện nay.


Abstract
Nowadays, with the progress of science and technology, industries such as painting, textile,
printing, petrochemical ... have developed strongly, having positive impacts on the economic
development of the commune. festival. However, along with that development, we are facing the risk
of polluted habitats, epidemics outbreaks due to the emissions of industrial zones, chemical

factories, and fertilizers. fertilizer, thermal power, dyeing, food processing ... pollute water, land
and air.
Bi2MoO6 is a photochemical catalyst that has been widely known to degrade organic
pigments with high activity, durability and environmental friendliness. Synthesis of Bi2MoO6 by
hydrothermal method. The synthesized Bi2MoO6 sample was used in the study evaluating the
photocatalytic activity of Crystal Violet dye in water. The results showed that Bi2MoO6 obtained
materials with good photocatalytic activity. And this research opens up the great potential of
Bi2MoO6 application in the field of treating organic pigments in water causing environmental
pollution. I hope this research can contribute to reduce the current environmental pollution.


Mục lục
MỞ ĐẦU ................................................................................................................................. 1
1.Tính cấp thiết và lý do chọn đề tài .................................................................................. 1
2.Mục tiêu nghiên cứu ......................................................................................................... 2
3.Nội dung nghiên cứu ........................................................................................................ 2
Chương 1. TỔNG QUAN ....................................................................................................... 3
1.1. Tình hình nghiên cứu trong nước ............................................................................... 3
1.2. Tình hình nghiên cứu ngoài nước ............................................................................... 3
1.3. Vật liệu quang xúc tác Bi2MoO6.................................................................................. 5
1.3.1. Giới thiệu ................................................................................................................. 5
1.3.2. Nguyên lý quang xúc tác ........................................................................................ 6
1.4. Ứng dụng ....................................................................................................................... 7
Chương 2. NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................................. 9
2.1 Nguyên liệu ..................................................................................................................... 9
2.1.1 Hóa chất.................................................................................................................... 9
2.1.2 Thiết bị và dụng cụ ................................................................................................ 10
2.2 Các phương pháp tổng hợp ........................................................................................ 12
2.2.1 Phương pháp tổng hợp vật liệu ............................................................................ 12
2.2.2 Phương pháp đánh giá cấu trúc vật liệu ............................................................. 14

CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN....................................................................... 19
3.1 Kết quả đặc trưng cấu trúc......................................................................................... 19
3.2 Kết quả đặc trưng điện tử quét (SEM-Scanning Electron Microscope) ................ 20
3.3 Kết quả hoạt tính quang xúc tác ................................................................................ 21
3.3.1 Kết quả hoạt tính quang xúc tác Bi2MoO6 .......................................................... 21
i


3.3.2 Kết quả hoạt tính quang xúc tác khi có H2O2 ..................................................... 25
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .............................................................................................. 30
1. Kết luận .......................................................................................................................... 30
2. Kiến nghị ........................................................................................................................ 30
TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................................... 31

ii


Danh mục viết tắt
Tên đầy đủ

Kí hiệu/ chữ

Ý nghĩa

viết tắt
AOP

Advanced Oxidation Process

Q trình oxi hóa tiên tiến

UV

Ultraviolet

Tia cực tím

CV

Crystal Violet

Tím tinh thể

MB

Methylene blue

Xanh metylen

RhB

Rodamin B

Màu hồng

VB

Valence band

Vùng hóa trị

CB

Conduction band

Vùng dẫn

XRD

X–ray Diffraction

Nhiễu xạ tia X

CTAB

Hexadecyl trimethyl ammonium bromide

SEM

Scanning Electron Microscopy

Kính hiển vi điện tử quét

TEM

Transmission Electron Microscopy

Kính hiển vi điện tử
truyền qua

UV-Vis
e-cb

Ultraviolet-Visible

Tử ngoại - khả kiến

Negative-electron in conduction band

Electron mang điện tích
âm trên vùng dẫn

Eg

Energy band-gap

Năng lượng vùng cấm

h+vb

Positive-hole in valence band

Lỗ trống mang điện tích
dương trên vùng hóa trị

iii


Danh mục hình
Hình 1. 1. Sơ đồ cấu trúc của Bi2MoO6 [9,11] ......................................................................... 5

Hình 1. 2 Kết cấu tinh thể của Bi2MoO6 tinh khiết [18]........................................................... 6
Hình 1. 3. Nguyên lý xúc tác quang hóa của Bi2MoO6 dưới tác dụng của ánh sáng [18,11] .. 7
Hình 2. 1 Các hóa chất cần dùng ............................................................................................ 10
Hình 2. 2 Các dụng cụ trong thí nghiệm ................................................................................ 11
Hình 2. 3 Các thiết bị trong thí nghiệm .................................................................................. 12
Hình 2. 4 Vật liệu Bi2MoO6.................................................................................................... 14
Hình 2. 5 Hình ảnh quá trình tổng hợp Bi2MoO6 ................................................................... 14
Hình 3. 1 Giản đồ XRD của Bi2MoO6 ................................................................................... 19
Hình 3. 2 Phổ phản xạ khuếch tán nhìn thấy được UV-Vis của Bi2MoO6............................. 20
Hình 3. 3 Ảnh SEM ở độ phóng đại thấp và cao của Bi2MoO6 được tổng hợp trong dung
dịch có pH 4[19] ..................................................................................................................... 21
Hình 3. 4 Sự thay đổi trong phổ hấp thu UV-vis của mẫu Bi2MoO6 với nồng độ khác nhau
(A) 10ppm, (B) 20ppm, (C)30ppm, khối lượng xúc tác 20mg. ............................................. 22
Hình 3. 5 Hiệu quả phân hủy Crystal Violet trên mẫu Bi2MoO6 theo thời gian .................... 22
Hình 3. 6 Sự thay đổi trong phổ hấp thu UV-vis của mẫu Bi2MoO6 độ pH khác nhau, (A)
không cân chỉnh độ pH=6,28, (B) pH=5, (C) pH=7, (D) pH=912 ......................................... 23
Hình 3. 7 Hiệu quả phân hủy Crystal Violet trên mẫu Bi2MoO6 với độ pH khác nhau theo
thời gian .................................................................................................................................. 25
Hình 3. 8 Sự thay đổi trong phổ hấp thu UV-vis của mẫu Bi2MoO6 + H2O2 với khối lượng
xúc tác khác nhau (A) 10mg, (B) 20mg, (C)30mg, nồng độ CV là 30ppm. .......................... 25
Hình 3. 9 Hiệu quả phân hủy Crystal Violet trên mẫu Bi2MoO6 + H2O2 với cùng nồng độ,
theo thời gian .......................................................................................................................... 26

iv


Hình 3 10 Sự thay đổi trong phổ hấp thu UV-vis của mẫu Bi2MoO6 + H2O2 với nồng độ CV
là (A) 20ppm, (B)30ppm, (C)40ppm khối lượng xúc tác 30mg ............................................ 26
Hình 3 11 Hiệu quả phân hủy Crystal Violet trên mẫu Bi2MoO6 + H2O2 với cùng khối lượng
xúc tác, theo thời gian ............................................................................................................. 27

Hình 3 12 Sự thay đổi trong phổ hấp thu UV-vis của mẫu Bi2MoO6 + H2O2 độ pH khác
nhau, (A) không cân chỉnh độ pH=6,22, (B) pH=5, (C) pH=7, (D) pH=9 ............................ 28
Hình 3 13 Hiệu quả phân hủy Crystal Violet trên mẫu Bi2MoO6 + H2O2 với độ pH khác nhau
theo thời gian .......................................................................................................................... 28

v


Danh mục bảng
Bảng 2. 1. Các loại hóa chất ..................................................................................................... 9
Bảng 2. 2. Dụng cụ thí nghiệm ............................................................................................... 10
Bảng 2. 3. Tên các thiết bị ...................................................................................................... 11
Bảng 3. 1. Bảng kết quả phân hủy với độ pH khác nhau .......................................................24
Bảng 3. 2. Bảng kết quả phân hủy với độ pH khác nhau khi có H2O2 ................................... 29

vi


Danh mục sơ đồ
Sơ đồ 2. 1. Sơ đồ quy trình tổng hợp Bi2MoO6 ...................................................................... 13
Sơ đồ 2. 2. Sơ đồ quy trình test hoạt tính Bi2MoO6 ............................................................... 18

vii


MỞ ĐẦU
1.Tính cấp thiết và lý do chọn đề tài
Hiện nay, vấn đề ô nhiễm môi trường nước gây ra bởi các chất thải màu hữu cơ độc hại
trong các ngành công nghiệp sơn và dệt nhuộm rất lớn. Nguy hiểm hơn nữa là thuốc nhuộm
trong nước thải rất khó phân hủy vì chúng có độ bền cao với ánh sáng, nhiệt và các tác nhân

gây oxi hoá. Để xử lý các tình trạng này thường cần những giải pháp tốn kém chi phí và có
thể gây ra nguồn ơ nhiễm thứ cấp. Để hạn chế phát thải chất màu hữu cơ độc hại gây ô
nhiễm môi trường trong các nghành cơng nghiệp này, đã có nhiều biện pháp xử lý nước thải
màu được đưa ra như phương pháp hóa lý, phương pháp sinh học và phương pháp hóa học.
Tuy nhiên, các phương pháp xử lý nước thải truyền thống đều không xử lý được hoặc xử lý
không triệt để các chất ơ nhiễm này. Vì vậy, nghiên cứu chế tạo ra các loại vật liệu xử lý
hiệu quả các chất gây ô nhiễm môi trường là rất cấp thiết.
Để xử lý nước thải chứa chất hữu cơ ô nhiễm khó phân hủy địi hỏi sự phối hợp đồng bộ
nhiều phương pháp hóa lý, hóa học, sinh học. Trong số các phương pháp hóa học phương
pháp oxi hóa tiên tiến (Advanced Oxidation Process - AOPs) có tính ưu việt hơn bởi nó có
khả năng kháng hóa hồn tồn các hợp chất hữu cơ khó phân hủy một cách an tồn với chi
phí khơng cao, do phương pháp này phân hủy chất màu hữu cơ độc hại thành sản phẩm cuối
cùng là CO2 và nước. Nhiều chất bán dẫn có hoạt tính xúc tác quang đã được nghiên cứu và
ứng dụng vào q trình này, trong đó TiO2 được nghiên cứu và sử dụng nhiều nhất. Tuy
nhiên, yếu điểm của loại vật liệu này là sử dụng tia UV trong quá trình phản ứng. Tia UV
nguy hiểm khi tiếp xúc trực tiếp với con người và chỉ chiếm 5% trong ánh sáng mặt trời [1].
Gần đây, một loại xúc tác mới đang dành nhiều sự quan tâm của các nhà nghiên cứu đó
là Bi2MoO6, vật liệu này có thể sử dụng ánh sáng nhìn thấy trong quá trình quang xúc tác, có
độ bền hóa học và hoạt tính quang hóa tương đối cao. Để tổng hợp Bi2MoO6 phương pháp
thủy nhiệt là phương pháp hiệu quả và kinh tế nhất. Đây là phương pháp có thể đi từ nguồn
Bi2MoO6 thương mại có giá thành thấp, tiến hành đơn giản góp phần giảm giá thành của
chất xúc tác. Điều này sẽ có ý nghĩa rất lớn khi triển khai rộng rãi.

1


Xuất phát từ mục tiêu đó, tơi chọn đề tài: “Nghiên cứu tổng hợp xúc tác quang hóa
Bi2MoO6 ứng dụng xử lý chất màu hữu cơ trong môi trường nước bằng ánh sáng nhìn
thấy”. Luận văn hướng đến mục tiêu tạo ra loại vật liệu xúc tác có hoạt tính quang hóa cao,
được tổng hợp đơn giản.

2.Mục tiêu nghiên cứu
 Mục tiêu tổng quát
Mục tiêu tổng quát: Tổng hợp được chất xúc tác quang hóa xử lý chất màu hữu cơ trong
mơi trường nước với chi phí thấp, có hoạt tính cao, được tổng hợp đơn giản.
 Mục tiêu cụ thể
Mục tiêu cụ thể: Tổng hợp Bi2MoO6 bằng phương pháp thủy nhiệt. Đánh giá khả năng
xúc tác quang hóa của mẫu vật liệu Bi2MoO6 phản ứng phân hủy CV (Crystal Violet) sử
dụng nguồn đèn ánh sáng nhìn thấy.
3.Nội dung nghiên cứu
Nội dung 1: Nghiên cứu tổng hợp Bi2MoO6 bằng phương pháp thủy nhiệt
Nội dung 2: Đặc trưng cấu trúc tinh thể vật liệu được đánh giá bằng phương pháp XRD
Nội dung 3: Đánh giá khả năng phân hủy quang hóa của Crystal Violet sử dụng các hệ
xúc tác Bi2MoO6 dưới ánh sáng nhìn thấy (đèn LED).

2


Chương 1. TỔNG QUAN
1.1. Tình hình nghiên cứu trong nước
Trong những năm gần đây, hướng tới tiêu chí phát triển bền vững nhiều quy định quốc
tế, quốc gia và địa phương đã chở nên chặt chẽ hơn liên quan đến các chất ô nhiễm trong
nước thải và chất lượng nước được thải ra mơi trường. Ơ nhiễm mơi trường nước gây ra bởi
các chất thải màu hữu cơ độc hại trong các nghành công nghiệp sơn và dệt nhuộm rất lớn,
tác động xấu đến sức khỏe, con người và môi trường.
Xử lý nước thải sử dụng hoạt chất xúc tác quang đã được đề xuất như một giải pháp đầy
hứa hẹn, hiệu quả và kinh tế trong loại bỏ các chất ô nhiễm hữu cơ. Nhiều chất xúc tác
quang đã được sử dụng cho mục đích này, ví dụ như: BiVO4, Bi2WO6, TiO2... Trong số đó
BiVO4 là một trong những vật liệu phổ biến nhất và được mở rộng nghiêm cứu vì tính ổn
định, tính oxi hóa, được sử dụng nhiều trong thương mại.
Trong thời gian gần đây có một loại vật liệu mới là Bi2MoO6 đã thu hút được sự chú ý

do tính chất quang xúc tác của nó dưới ánh sáng nhìn thấy vá được kì vọng sẽ là một trong
những chất có thể thay thế BiVO4. Xu hướng nghiên cứu hiện nay là nghiên cứu chế tạo
Bi2MoO6 quang xúc tác với chi phí thấp, quy trình đơn giản, thân thiện với mơi trường.
1.2. Tình hình nghiên cứu ngoài nước
Từ những năm 70, nhiều nhà nghiên cứu đã nghiên cứu sự phân hủy quang xúc tác của
chất hữu cơ khó phân hủy chất ơ nhiễm bằng cách sử dụng nhiều chất xúc tác quang bán
dẫn, đặc biệt là dưới chiếu xạ ánh sáng nhìn thấy. Việc sử dụng rộng rãi chất bán dẫn oxit
kim loại bắt nguồn từ các đặc điểm nổi bật của chúng như độc tính thấp, độ ổn định cao và
khả năng chống ăn mòn hóa học trong dung dịch nước [2]. Vấn đề nước thải từ các ngành
cơng nghiệp và xã hội lồi người có ngày càng tăng trong những năm gần đây [3]. Là một
phương pháp hiệu quả cho sự phân hủy hoặc khống hóa các chất bẩn hữu cơ, cơng nghệ
xúc tác quang bán dẫn đã thu hút nhiều sự chú ý do với chi phí thấp, khơng gây hại cho mơi
trường, tốc độ suy thoái hiệu quả, và độ ổn định trong phản ứng [4]. Các lợi thế khác liên
quang đến sử dụng chất xúc tác quang bao gồm dễ dàng và nhiều phương pháp chuẩn bị, chi

3


phí thấp, sử dụng ánh sáng nhìn thấy, năng lượng sẵn có và tái tạo, có thể tái chế và thân
thiện với mơi trường [25,26].
Tính đến thời điểm hiện tại, chất bán dẫn TiO2 là chất xúc tác quang được nghiên cứu và
ứng dụng nhiều nhất. Ánh sáng mặt trời có thể được hấp thụ bởi TiO2 (thấp hơn 3–5%) [5].
Ngày nay, nhiều nỗ lực đã đang cống hiến để phát triển việc thu thập ánh sáng khả kiến hiệu
quả cao chất quang xúc tác. Chỗ trống oxy, khiếm khuyết chung nhất trong oxit chất bán
dẫn, cung cấp một cách tiếp cận mới để kiểm sốt điện tích q trình tách, và thiết kế cấu
trúc điện tử của chất bán dẫn [21]. Như vậy, TiO2 không phải là chất xúc tác quang lý tưởng
để sử dụng hiệu quả ánh sáng mặt trời trong tự nhiên thanh lọc hoặc xử lý mơi trường [22].
Thơng qua pha tạp, các đặc tính hấp thụ năng lượng mặt trời của TiO2 đã được cải thiện ở
một mức độ nào đó [5]. Tuy nhiên, các nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm đã chứng minh
rằng liều lượng pha tạp không chắc chắn chuyển thành hoạt tính quang xúc tác cao hơn vì

các trạng thái tạp chất hoặc khuyết tật có thể bẫy các điện tử và tạo điều kiện cho sự tái tổ
hợp không bức xạ, điều này sẽ làm giảm hiệu suất quang xúc tác [23,24].
Ai cũng biết rằng hoạt tính quang của chất xúc tác quang là phụ thuộc mạnh mẽ vào
hình thái và cấu trúc. Do đó, đối với một ứng dụng thực tế trong xúc tác quang, việc chế tạo
hình thái và kết cấu rất quan trọng cũng như kiểm soát độ kết tinh, diện tích bề mặt và thành
phần [5]. Để giải quyết những hạn chế liên quan đến chất xúc tác quang bán dẫn thông
thường, các nghiên cứu gần đây đã tập trung vào việc sử dụng hẹp, ví dụ như oxit kim loại
bậc ba có hiệu quả hơn và thay thế hệ thống xúc tác quang hoạt động với ánh sáng nhìn thấy
được cho mơi trường, khắc phục ô nhiễm và sản xuất năng lượng dưới ánh sáng mặt trời
[7,8]. Trong số này, Bi2MoO6 có thể được coi là một ứng cử viên quan trọng để xử lý quang
xúc tác ánh sáng nhìn thấy các chất ơ nhiễm. Shimodaira và đồng nghiệp là những người đầu
tiên báo cáo vào năm 2006 về tiềm năng của Bi2MoO6 như một chất xúc tác quang hoạt
động với ánh sáng nhìn thấy được [9]. Kể từ khi Bi et al. lần đầu tiên sử dụng chất xúc tác
quang Bi2MoO6 tinh thể nano để phân hủy Rhodamine B (RhB) quang xúc tác dưới ánh sáng
nhìn thấy chiếu xạ, [28] một loạt các khám phá đột phá về tách nước quang xúc tác, loại bỏ ơ
nhiễm, khử trùng, đã xuất hiện. Sau đó Zhou và nhóm của ơng đã nghiên cứu sự phân hủy
quang học của chất ô nhiễm sử dụng Bi2MoO6 làm chất xúc tác quang [10]. Kể từ đó, hơn
4


500 nghiên cứu đã được xuất bản cho đến nay bằng cách sử dụng Bi2MoO6 làm chất xúc tác
quang.
1.3. Vật liệu quang xúc tác Bi2MoO6
1.3.1. Giới thiệu
Các chất quang xúc tác gốc bi như oxit bismuth [15], bismuth vanadate, bismuth
subcarbonate [16], bismuth vonfram [17], và bismuth molybdate là những chất xúc tác
quang rất quan trọng đối với ánh sáng nhìn thấy. Trong số đó, bitmut molybdate như một
chất xúc tác pha Aurivillius được đại diện bởi (A = Ba, Bi, Pb, v.v.; B = Ti, Nb, W, Mo,
v.v.) được cấu tạo bởi các cấu trúc phân lớp độc đáo [18]. Bi2MoO6 một trong những chất
xúc tác được sử dụng phổ biến trong lĩnh vực quang xúc tác. Bi2MoO6 như một perovskite

pha Aurivillius, thuộc về họ ơxít bitmut với cấu trúc bao gồm các lớp perovskite (Am
1BmO3m+1)

-

giữa oxit bitmut các lớp (Bi2O2) [9].

Hình 1. 1. Sơ đồ cấu trúc của Bi2MoO6 [9,11]

Các lớp Bi2O2 bao gồm một mạng lưới phẳng hình vuông của các anion oxy với các
cation Bi3+ xen kẽ ở trên và dưới mặt phẳng và có thể được mơ tả như hình thành các mũ của
hình chóp vng BiO4. Cấu trúc của (Am - 1BmO3m+1) 2 lớp tương tự như của chất quang xúc
tác WO3 trong đó cả hai đều có cấu trúc hình bát diện chia góc [11]. Bitmut phân lớp họ oxit
này đã là một chủ đề được quan tâm do tính chất điện mơi, dẫn ion, phát quang và xúc tác

5


của nó [27]. Tính chất quang xúc tác của oxit hỗn hợp bitmut với cấu trúc Aurivillius và các
hợp chất liên quan có thu hút nhiều sự quan tâm trong thời gian gần đây[12].

Hình 1. 2 Kết cấu tinh thể của Bi2MoO6 tinh khiết [18]

1.3.2. Nguyên lý quang xúc tác
Bi2MoO6 được coi là chất xúc tác quang đầy hứa hẹn vì độ rộng vùng cấm hẹp (2,5-2.8
eV), hóa chất ổn định cao và không độc [14]. Nguyên lý xúc tác quang hóa của Bi2MoO6
dưới tác dụng của ánh sáng tương tự như các chất quang xúc tác khác. Bằng tính tốn lý
thuyết hàm mật độ (DFT), vùng hóa trị (VB) của Bi2MoO6 chủ yếu bao gồm các obitan O 2p
và dải dẫn (CB) bao gồm chủ yếu là Mo 4d các obitan trong khối bát diện MoO6 và trợ cấp
là các obitan Bi 6p rễ trong (Bi2O2) 2+ lớp [11]. Sự hấp thụ quang và tốc độ truyền điện tử

nhạy cảm với các chế phẩm, chẳng hạn như như tỷ lệ phần tử của Bi/O/Mo cũng như các tạp
chất. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng năng suất lượng tử kém là nguyên nhân chính ngăn cản hiệu
quả xúc tác quang của Bi2MoO6, do vận chuyển chậm chạp và tốc độ sự tái tổ hợp của các
loài sinh quang.
Khi Bi2MoO6 hấp thụ các photon ánh sáng với năng lượng bằng hoặc lớn hơn năng
lượng vùng cấm (energy gap, Eg), electrons (e-) từ VB sẽ bị kích thích và di chuyển sang
CB, để lại các lỗ trống (h+) ở VB. Sự hình thành các cặp e- và H+ là cần thiết cho q trình
oxi hóa và khử xúc tác quang hóa. Các cặp electron và lỗ trống quang sinh này tiếp tục tải
qua các quá trình tiếp theo: di chuyển đến bề mặt của vật liệu xúc tác; sau đó, tại bề mặt xúc
6


tác, các e- và H+ kết hợp với tác chất có trong mơi trường tạo phản ứng oxy hóa và khử
tương ứng. Bên cạnh đó, q trình tái tổ hợp của các cặp e- và H+ cũng diễn ra và giải phóng
năng lượng dưới dạng nhiệt hoặc photon.

Hình 1. 3. Nguyên lý xúc tác quang hóa của Bi2MoO6 dưới tác dụng của ánh sáng [18,11]

Tuy nhiên, khi được chiếu sáng dưới bức xạ ánh sáng khả kiến, tỷ lệ tái tổ hợp tương đối
cao của các electron/lỗ trống dư thừa chiếm ưu thế dẫn đến kết quả là hoạt tính quang hóa
của Bi2MoO6 bị hạn chế.
1.4. Ứng dụng
Trong những năm gần đây, những lợi ích to lớn của Bi2MoO6 đã được đưa vào các ứng
dụng quang xúc tác hiệu quả trong các lĩnh vực khoa học khác nhau như xúc tác quang hóa
loại bỏ chất màu hữu cơ, chất ơ nhiễm vô cơ và chất gây ô nhiễm sinh học [13]. Bi2MoO6 là
một chất xúc tác quang hóa thể hiện nhiều thuộc tính, chi phí thấp, vơ hại, phản ứng với
mạnh mễ với ánh sáng, ổn định nhiệt và hóa học tốt, phân tán tốt và dễ chế tạo [27]. Đối với
lĩnh vực môi trường, vật liệu xúc tác quang hóa có thể phân hủy hồn tồn được lượng lớn
các hợp chất hữu cơ độc hại khó phân hủy như MB, RhB [9], CV, thành sản phẩm cuối là
CO2, H2O, và các ion vơ cơ ít độc hại.

Trong mười năm qua, chất xúc tác quang dựa trên Bi2MoO6 đã được sử dụng rộng rãi
trong việc khắc phục ô nhiễm nước, khơng khí, như cũng như trong q trình tiến hóa hydro
7


và q trình oxy hóa nước [13]. Bi2MoO6, ngồi khả năng quang hoạt đầy hứa hẹn của nó,
cịn do đặc tính quang học, sắt điện, tính siêu dẻo và tính chất điện mơi vi sóng và nó có tiềm
năng ứng dụng trong q trình oxy hóa chọn lọc, tụ điện giả, lưu trữ lithium-ion, xúc tác q
trình oxy hóa CO thành CO2, và cảm biến hơi amoniac và etanol, trong số những cảm biến
khác [2].

8


Chương 2. NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1 Nguyên liệu
2.1.1 Hóa chất
Bảng 2. 1. Các loại hóa chất
STT
1

Tên hóa chất
Bismuth(III) nitrate

Cơng thức hóa học

Xuất sứ

Độ tinh khiết

BiN3O9. 5H2O

Mexico

assay: ≥ 98 %

NaMoO4.2H2O

Trung Quốc

assay: ≥ 99,0%

pentahydrate
2

Sodium molybdate
dihydrate

3

Sodium hydroxide

NaOH

Trung Quốc

assay:≥ 96,0%

4

Hydrochloric acid

HCl

Trung Quốc

assay: 36,0-38,0%

5

Hexadecyl trimethyl

CTAB C6H42BrN

Trung Quốc

assay: ≥ 99,0%

C2H5OH

Trung Quốc

assay: ≥ 99,5%

C25H30ClN3

Ấn Độ

ammonium bro-mide
6

Ethanol

7

Crystal violet

Nước cất (từ máy nước cất 2 lần của hãng Lasany, Ấn Độ).

9


Hình 2. 1 Các hóa chất cần dùng

2.1.2 Thiết bị và dụng cụ
Bảng 2. 2. Dụng cụ thí nghiệm
STT

Dụng cụ

1

Cốc thủy tinh các loại

2

Bộ ống Teflon

3

Cá từ

4

Ống hút nhỏ giọt

5

Ống đong

6

Ống ly tâm

7

Micropipet

8

Ống đựng mẫu

9

Cuvet thạch anh

10


Hình 2. 2 Các dụng cụ trong thí nghiệm

 Thiết bị: Máy khuấy từ, máy đo pH, tủ sấy, tủ hút chân không, máy ly tâm, máy đo
UV-Vis, cân, đèn LED, máy đánh siêu âm.
Bảng 2. 3. Tên các thiết bị
STT

Tên thiết bị

Xuất sứ

1

Máy khuấy từ

Việt Nam

2

Máy đo pH

3

Tủ sấy

4

Tủ hút chân không

Hàn Quốc

5

Máy ly tâm

Rumania

6

Máy đo UV-Vis

Đức

Hãng Thermo, Mỹ

11